合成孔径雷达发展历程表

合成孔径雷达发展历程表1951年6月美国古德依尔宇航公司的威利首先提出最初的频率分析的方法改善雷达的角分辨力，他将其称为多谱勒波束锐化。与此同时，伊里诺斯大学控制系统实验室的一个研究小组采用相干机载侧视面雷达数据，研究运动目标检测技术。1952年，C.W.Shervin第一次提出了采用相位校正的全聚焦阵列概念，另外他还提出了运动补偿概念。正是这些新思想最终导致了X波段相干雷达的研制。1953年获得第一幅SAR图像。1957年美国密歇根大学雷达和光学实验室研制的SAR系统获得第一张全聚焦的SAR图像。1958年，美国密执安大学(UniversityofMichigan)的雷达和光学实验室在L.J.Cutrona的领导下，用他们研制的雷达进行飞行试验，用光学相关器件将相干雷达视频信号变成了高分辨的图像。在1967年Greenberg首先提出在卫星上安装SAR的设想。由于卫星飞行高度高测绘带宽，可以大面积成像等优点，科学家开始着手进行航天飞机、卫星等作为载体的空载SAR的研究，并取得了巨大进展。直到60年代末、70年代初，美国宇航局NASA主持了一些民用SAR系统的研制，主要研究单位是密西根环境研究所(EnvironmentalResearchInstituteofMichigan,ERIM)和喷气动力实验室(JetPropulsionLaboratory,JPL)。20世纪70年代美国密歇根环境研究所(ERMI)和国家航空航天局喷气推进实验室(JPL)研制出1.25GHz和9GHz多极化合成孔径雷达。1972年JPL进行了L波段星载SAR的机载校飞。1975年，NASA将SAR作为Seasat任务的一部分。由于SAR在Seasat任务中的突出表现，使得星载SAR得到高度重视，成为合成孔径雷达的一个重要发展方向。1978年5月美国宇航局(NASA)成功地发射了全球第一颗装载了空间合成孔径雷达的人造地球卫星(Seasat-a),对地球表面1亿平方公里的面积进行了测绘。Seasat卫星的高度约800公里，工作波段为L波段，测绘带宽为100公里。Seasat卫星具有很大的全球覆盖率，转发了不同地形特征的SAR数据，获得了大量过去未曾有过的信息，引起了科学家们的极大重视。标志着星载SAR己成功进入了太空时代。1981年11月12日美国“哥伦比亚”号航天飞机搭载SIR-A顺利升空。雷达影像上成功观测到撒哈拉沙漠的地下古河道，显示了SAR具有穿透地表的能力，引起国际科技界的震动。1984年10月5日美国进行了“挑战者”号航天飞机搭载SIR-B的实验。SIR-A和SIR-B都源于SEASAT-A，都工作于L波段。其中SIR-A于1981年11月发射，轨道高度为252公里，分辨率为37米，而SIR-B于1984年7月发射，轨道高度为250-326公里，倾角为570，测绘带宽为50公里，分辨率为35米。与SIR-A的主要不同点在于SIR-B的波束俯视角可变，而且SIR-B可采用光学和数字两种方式记录和处理图像，比SEASAT的非实时数字处理的成像速度要快。1987年7月原苏联发射的“COSMOS-1870”卫星上配备了一部分辨率为25米的S波段ALMAZ-ISAR系统。该雷达的特点是天线双侧视，运行时间长达2年，是第一部长期运行的空间合成孔径雷达。主要对人类无法进入的地区进行雷达成像测绘，监测海洋表面污染，鉴别海冰和对厚冰区的舰船进行导航等。美国NASAIJPL实验室于1988年研制的AIRSAR，功能齐全，有P,L,C三个波段。具有全极化能力，能同时产生12个数据通道的分辨率为10 x10米的SAR图像。1988年12月2日，美国航天飞机“亚特兰蒂斯”号将“长曲棍球（Lacrosse）”军事侦察卫星送入预定轨道，这是世界上第一颗高分辨率雷达成像卫星。它可以全天候、全天时监视前苏联装甲部队的活动，分辨率以达到1米左右。1989年NASA开展了一项星球雷达任务Magellan雷达观测金星计划，将SAR拓展到研究其他星球的重要工具之一。德国宇航局于80年代中期开发机载合成孔径雷达，并于1988年和1989年先后研制成功线性极化C波段和X波段SAR系统，1990年又扩展到L波段。该雷达系统具有全极化方式，分辨率为2.4x4米，测绘带宽为4公里，投射角为200270。丹麦于1989年研制成功C波段机载合成孔径雷达，该系统具有灵活的性能指标，其分辨率、测绘带宽、和成像几何布局均可调节。测绘带宽分别为12、24、48公里，距离向和方位分辨率分别为2、4、8米，最大作用距离为80公里，该系统的性能指标接近于美国的J-STARS。从九十年代起，对能够提供三维信息的干涉式SAR的研究引起了世界各国的格外关注，成为SAR技术发展的新热点。1990年8月美国又成功地发射了“麦哲伦号”太空飞船，装备有SAR系统以用于对金星表面进行成像研究；同时在机载SAR方面，美国仍处于领先地位。在美国发展SAR技术的同时，前苏联、欧空局及日本也相继发射了星载SAR卫星，其中ERS-1和ERS-2就是欧空局成员国共同研制的，具有全系统校准能力，提高了图像质量。1991年3月8日，NASA发射长曲棍球-2。1991年3月31日COSMOS-1870的改进型ALMAZ-1由前苏联发射上天，搭载S波段SAR。1991年7月1日，欧空局发射了ERS-1空间合成孔径雷达，运行3年，该雷达系统采用准极地轨道，平均高度为785公里。测绘带宽为100公里，分辨率为30米，工作于C波段，垂直极化方式，该系统的最大特点在于实现了平台姿态的动态控制。根据ERS-1的特性，可获得大量的星载SAR三维成像试验的数据，许多科学家利用ERS-1的数据进行三维SAR成像研究，得到了较为满意的结果。它可提供全球气候变化情况，并对近海水域和陆地进行观测。1991年3月前苏联发射了ALMAZ-II合成孔径雷达，其轨道高度为300公里，投射角可变，范围为300600。双侧视，每侧的测绘带宽为350公里，分辨率为1530米，工作于S波段，水平极化方式。1992年2月，日本发射了JERS-A空间合成孔径雷达，L波段，运行2年，轨道高度为568公里，投射角为38.50。测绘带宽为75公里，分辨率为18x24米,工作于L波段，水平极化。1993年9月，美国宇航局航天飞机成像雷达SIR-C/X-SAR发射成功，该雷达是全世界第一部多波段（L,C,X波段）、多极化、多投射角空间合成孔径雷达。轨道高度为250-325公里，投射角在170630范围内可变，测绘带可在1590公里范围内可变，分辨率为25米。其中SIR-C工作于L,C波段，有4种极化方式，X-SAR工作于X波段，只有一种（VV）极化方式。采用多波段工作可以研究地物对不同频率的响应，以此来区分和鉴别地物目标。1994年NASA、DLR（德国空间局）和ASI（意大利空间局）共同进行了航天飞机成像雷达飞行任务SIR-C/X-SAR，分别在1994年4月9日到20日和9月30日到10月11日进行了两次飞行。SIR-C由NASA负责完成，是一部双频（L波段、C波段）全极化雷达。X-SAR由DLR和ASI共同建造，为单频X波段，单极化VV雷达。SIR-C/X-SAR首次实现了利用多频、多极化雷达信号从空中对地球进行观测，SIR-C图像数据有助于人们深入理解现象背后的物理机理，深入开展植被、土壤湿度、海洋动力学、火山活动、土壤侵蚀和沙化等多项科学研究工作。1995年4月21日年ERS-2发射升空。1995年11月4日加拿大成功发射了其第一颗资源调查卫星RADARSAT-1，轨道高度800公里，投射角为100600。测绘带宽为45500公里，分辨率为10100米，工作于C波段，水平极化方式。该星为商业应用和科学研究提供全球冰情、海洋和地球资源数据。1996年NASA开展了第二项星球雷达任务观测土星的Cassini任务，用于开展观测Titan表面的物理状态、地形和组成成分等多项任务，进而推测其内部构造。1997年10月24日,NASA发射长曲棍球-3。2000年2月11日NASA和NIMA（美国国家测绘局）联合进行了为期11天的航天飞机地形测绘任务（SRTM）。采用60米长的可展开天线杆进行干涉测量。2000年8月17日，NASA发射长曲棍球-4。2002年3月1日，ESA发射Envisat卫星，搭载ASAR。2005年4月30日，NASA发射长曲棍球-5。2006年1月24日，日本发射ALOS，搭载PALSAR。目前，一些发达国家正在筹划和研制新的可长期进行观测的各种技术先进的空间雷达卫星。如欧洲空间局预计发射的ASAR是到目前为止正在研制的最先进的星载SAR；美国下一个计划是发射SIR-D，预计2005年将研制成功，投入实用,它将是多频段（可能有4个）、多极化的星载成像雷达。目前合成孔径雷达分辨率己经达到0.lm数量级。纵观国外空间SAR的发展过程，可以看出随着科学技术的不断进步，SAR的水平和功能也在不断提高。可以相信，科学家们将不断地挖掘SAR的技术潜力，为人类的需要服务。